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    全球共促核聚變發電商業化 逐夢“人造太陽” 道阻且長

    2021-09-06 04:20:17 科技日報

      逐夢“人造太陽” 道阻且長

      ——全球共促核聚變發電商業化

      科技創新世界潮

      ◎本報記者 劉 霞

      據美國趣味科學網站近日報道,美國科學家通過核聚變產生了大量能量,離“聚變點火”這一理想目標更進了一步。聚變點火意味著,創造的能量比消耗的能量更多,為開發核聚變這種新清潔能源帶來了希望。

      中美日印等國正攜手在法國南部開展“國際熱核聚變實驗反應堆”(ITER)項目,計劃于2025年開始運行。除政府大力投資外,全球還有多家大型科技企業正致力于促進核聚變發電商用。但要想實現這一目標,還有很多問題需要解決。

      “人造太陽”備受關注

      核聚變與目前核電站使用的裂變技術不同。在裂變過程中,重原子核的各條鍵會被打斷,釋放出能量,但這一過程如果不能被控制,就會造成嚴重核事故。

      據《日本經濟新聞》網站8月20日報道,在聚變過程中,兩個輕原子核會“結合”到一起,創造出一個重原子核。核聚變需利用原子核內有中子的氘(重氫)和氚(超重氫),達到高溫時,原子分解成帶正電的原子核和負電子,形成高速流動的“等離子體”狀態。在磁場下密閉時,這些物質會激烈碰撞融合,產生的巨大能量可以作為熱能有效用于發電等。理論上,1克燃料產生的能量相當于8噸石油。

      在包括太陽在內的恒星內部,進行的也是同樣的過程,因此在地上重現核聚變反應也叫作“地上的太陽”。

      核聚變擁有多個優勢。首先,核聚變在燃料不足或等離子體不穩定時會停止反應,所以其比核裂變更容易控制;其次,雖然核聚變也會產生放射性廢棄物,但它產生的廢物很少,也不會排放溫室氣體;再次,核聚變所需的直接燃料(氘和氚)極易獲取——兩者都可以采用電解水的方式獲取,成本優勢顯著。有鑒于此,一些科學家認為核聚變是一種潛在的未來能源。

      科技企業競相發力

      核聚變具有這么多優勢,吸引了政府和科技企業紛紛投入研究。

      比如,中美日印等國正在法國南部卡達拉舍開展ITER項目,目標是2025年開始運行,總建設費用將達到約250億美元。

      據美國彭博社7月17日消息, 去年12月,美國聯邦政府通過一項法案,撥付47億美元用于核聚變和相關研究,其中包括向ITER支付15億美元。美國國家科學院今年2月發布了一份報告,建議“能源部和私營部門應在2035—2040年間,在美國建造一個核聚變試驗工廠”。

      科技企業也競相發力。美國微軟創始人比爾·蓋茨援助的初創企業和美國谷歌正涉足的核聚變發電研究,目標是將其作為脫碳電源實現商用化。麻省理工學院(MIT)正在與下屬的聯邦融合系統公司開展一個項目,目標是在2025年試制出核聚變反應堆,最終目標是開發一座200兆瓦的發電站。

      咨詢機構Crunchbase的數據顯示,目前,杰夫·貝佐斯、Cenovus能源公司等個人和機構已累計對通用聚變(General Fusion)公司投入了約1.27億美元,該公司預計2025年前在英國建造一款測試設備,商業工廠預計在十年內建成。

      與此同時,其他類似于通用聚變的多家核聚變初創公司也已獲得來自政府和大型公司的數十億美元資助,僅以總部位于美國加州的TAE科技公司為例,成立23年來籌集了8.8億美元。

      而位于日本茨城縣的國立量子科學技術研究開發機構,其實驗研究反應堆“JT-60SA”已完成主體建設,將于2021年建成并開始實驗,預計將在近期的測試中重現核聚變反應所需要的等離子體狀態。據悉,目前日本文部省每年度向ITER和“JT-60SA”撥款約2億美元。

      此外,東京大學還將與英國初創企業托卡馬克能源公司進行聯合研究,年內將致力于實施將等離子體溫度提高到1億攝氏度的實驗。東京大學教授小野靖表示:“初創企業的優勢是速戰速決,目前,整個項目正在有序推進!

      不少問題尚待解決

      核聚變發電看起來很有前景,但達到實用水平所需要的費用和時間還無法預測。

      比如在日本,由哪家民營企業來負責商用化尚未確定。此前,快重子增殖反應堆“文殊”一度被視為日本實現資源自給自足的希望而備受期待,投資超過1萬億日元,但最后商用化失敗!度毡窘洕侣劇穲蟮婪Q,如果核聚變發電項目不明確政企雙方的職責,就很可能重蹈覆轍。

      此外,雖然輻射水平不高,但核聚變發電仍會產生放射性廢棄物。在日本國內,福島核電站事故發生后,慎重使用核能發電的輿論增強。要實現商用化,除了考慮成本和技術開發之外,還需要得到民眾的理解。

      更重要的是,核聚變實施起來相當困難。這個過程會產生令人難以置信的高溫,需要大量能量輸入——迄今為止能量輸入一直超過輸出,這是阻撓核聚變成為可行能源的最大“攔路虎”之一。

      美國趣味科學網站在報道中指出,美國國家點火實驗裝置(NIF)的科學家將包含200束激光的巨型激光陣列集中于一個微小的點,制造出了巨大的能量爆發,是他們過去制造的能量的8倍。雖然這種能量只持續了100億分之一秒,但它讓科學家離“聚變點火”更進了一步。

      而NIF一位負責人杰雷米·奇滕登謹慎地表示:“將這一概念轉化為可再生的電力來源,可能是一個漫長的過程,尚需攻克多項重大技術難關!

    (編輯:萬可義)
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